Резонансный ГВВ. Особенности схемотехники транзисторных ГВВ

В перенапряженном режиме из-за искажения формы импульса коллекторного тока с ростом Rэк происходит уменьшение постоянной составляющей Iк 0 и более резкое уменьшение Iк 1, что при незначительном возрастании напряжения UK приводит к уменьшению полезной мощности Р1, хотя КПД остается при этом высоким и уменьшается лишь при переходе в сильноперенапряженный режим (ξ > 1).

Таким образом, в граничном режиме УМ отдает максимальную мощность в нагрузку при высоком КПД. В перенапряженном режиме практически мало изменяется напряжение UK, полезная мощность Р1 уменьшается, но КПД остается высоким. Недонапряженный режим энергетически невыгоден, так как ГВВ отдает малую полезную мощность при низком КПД, и, следовательно, мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора, Рк = P0 - Р1 достаточно велика.

Изменение напряженности режима генератора происходит не только при изменении связи контура с коллектором транзистора, но и при его расстройrе, когда сопротивление ZЭK носит комплексный характер и его модуль уменьшается с расстройкой (см. рис. 1.1).

Следовательно, расстройка Δω контура, т. е. выполнение условия Δω = ωвх - ωконт ≠ 0, приводит к переходу в режим с меньшей напряженностью, что вызывает соответствующие изменения IK0, IK1, UK, Р1, P0, РК и η. Динамическая характеристика УЭ iк =f(uK) при расстроенном контуре имеет вид отрезка эллипса, а не отрезка прямой, как при чисто активной нагрузке. Зависимости IK0, IK1, UK, Р1, P0, РК и η = ω (θ). Носят название настроечных характеристик генератора.

В радиопередающих устройствах одноконтурная схема выходной цепи УМ (простая схема выхода) находит ограниченное применение (в основном, в простых маломощных устройствах) ввиду низких фильтрующих свойств и сложности настройки: для изменения рабочей частоты или сопротивления нагрузки для генератора Rэк необходимо одновременно перестраивать и

элемент связи Хсв, и элемент настройки ХH.

Сложная схема выхода обычно представляется в виде системы двух связанных контуров - антенного с элементом настройки ХH и промежуточного (коллекторного). В качестве элемента связи между контурами могут выступать конденсатор (см. схему лабораторного стенда), катушка индуктивности или взаимная индуктивность между катушками двух контуров.

Сопротивлением связи между контурами Хсв определяется сопротивление, вносимое из антенного контура в промежуточный: ZBH=X2 CB/Zак, где Za к = rак+ j Xaк - сопротивление антенного контура; rак = rа + rн + rсв, Xа.к = Xа + ХH + Хсв.

При настройке антенного контура в резонанс, когда Ха к = 0, вносимое в промежуточный контур сопротивление будет чисто активным:

Обычно используют следующий порядок настройки сложной схемы выхода.

1. Устраняется связь между контурами и настраивается в резонанс промежуточный контур. Поскольку при Хсв = 0 вносимое сопротивление становится равным нулю и эквивалентное сопротивление промежуточного контура существенно возрастает, генератор переходит в заведомо перенапряженный режим. Поэтому настройку контура в резонанс можно контролировать, измеряя постоянную составляющую коллекторного тока.

2. Установив связь между контурами минимальной, но обеспечивающей возможность регистрации тока в антенне (антенном контуре), изменением сопротивления Хн настраивается в резонанс антенный контур по максимуму тока в нем. Если на первом этапе не было возможности установить нулевую связь между контурами, то при настройке антенного контура произойдет расстройка промежуточного (за счет изменения реактивного компонента вносимого сопротивления). В этом случае может понадобиться повторная настройка сначала промежуточного контура (при уменьшенной связи), затем антенного.

3. Изменением связи между контурами добиваются максимального значения тока в антенне, достижение которого и будет означать окончание процедуры настройки выходной цепи генератора.

Необходимо иметь в виду, что генератор в результате подбора оптимальной связи переходит в слегка недонапряженный режим. Как уже указывалось, при отсутствии связи между контурами генератор работает в перенапряженном режиме, отдавая некоторую мощность, которая целиком поглощается в промежуточном контуре. В антенный контур мощность, естественно, не поступает. При увеличении Хсв мощность, отдаваемая генератором (Р1), возрастает, достигая максимума при Хсв = Хсв гр, когда генератор будет работать в граничном режиме. При дальнейшем увеличении связи генератор переходит в недонапряженный режим, что сопровождается снижением мощности Р1. Но часть этой мощности, поступающая в антенный контур (Ра), зависит от коэффициента полезного действия промежуточного контура, который монотонно растет с увеличением Хсв за счет роста rвн. В результате максимум мощности Ра достигается при Х св = Х св opt > Х св гр при котором генератор работает в недонапряженном режиме.

Если работа генератора в недонапряженном режиме по каким-либо причинам нежелательна (или недопустима), связь между контурами необходимо снизить до Хсв гр или сделать еще меньше. Об изменении режима работы генератора можно судить по изменению (в процессе настройки Хсв) постоянной составляющей коллекторного тока транзистора.

Рассмотренные ранее основные правила построения схем ламповых ге-нераторов с внешним возбуждением полностью сохраняют свою силу и для транзисторных генераторов. Однако последним присущ ряд специфических особенностей.

В ГВВ чаще используются схемы с общим эмиттером, чем с общей базой, так как они обеспечивают более высокий коэффициент усиления по мощности (в диапазоне СВЧ это различие уменьшается). Схему с общим коллектором применяют крайне редко.

Прежде чем перейти к непосредственному рассмотрению схем, укажем на некоторые особенности транзисторов.

Известно, что режим работы каскада, обеспечивающий максимум мощности и к. п. д., реализуется только при определенном сопротивлении нагрузки Rэ в коллекторной цепи. Так как для транзисторных генераторов это сопротивление существенно меньше, чем для ламповых, и составляет сотни или даже десятки Ом, то это обстоятельство должно быть учтено при выборе колебательной системы в коллекторой цепи с тем, чтобы обеспечить как настройку, так и требуемое согласование с нагрузкой.

С учетом изложенного типовым решением для выходного каскада яв-ляется применение П-контура в коллекторной цепи. Этот контур позволяет осуществить согласование транзистора с нагрузкой, изменяющейся от единиц до сотен Ом. Кроме того, он обеспечивает хорошую фильтрацию высших гармоник, что особенно важно для каскада, работающего непосредственно на антенну. Эквивалентная схема коллекторной цепи для этого случая показана на рис.

Резистор R в цепи эмиттера обеспечивает работу с необходимым углом отсечки и предотвращает лавинообразное нарастание эмиттерного тока, которое может привести к выходу транзистора из строя.

Значительно реже, чем П-контур, в коллекторной цепи используют обычный колебательный контур. Требуемое согласование в этом случае достигается путем частичного подключения контура к транзистору и к нагрузке каскада. Это схема с заземленным коллектором и последовательным питанием коллекторной цепи.